ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2010 года по МПК G02B23/02 G01S7/48 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптико-электронным приборам для двусторонней оптической связи, позволяющим передавать и принимать энергию оптического излучения, и может быть использовано при разработке систем, работающих в различных спектральных диапазонах.

Известно устройство, описанное в книге Л.З.Крикунова «Система информации с оптическими квантовыми генераторами», г.Киев, издат. «Техника», 1970 г. стр.203, рис.107. В устройстве содержится источник излучения, плоское зеркало, установленное под углом к оптической оси, коаксиально установленные сферический обтекатель, приемный объектив и фотоприемное устройство (ФПУ).

Недостатком данного устройства является то, что значительная часть (в зависимости от материала обтекателя от 5% до 10%) излучаемого лазерного потока, отражаясь от сферических поверхностей обтекателя, попадает в зону приемника излучения. А так как мощность излучаемого потока лазера значительна, то даже малая часть отраженного от обтекателя потока, проходящего в плоскость ФПУ несфокусированным пучком, может привести к выходу приемника из строя из-за его высокой чувствительности.

Вопрос борьбы с внутриприборными засветками (бликами) в какой-то мере решен по патенту РФ №2168751, G02В 23/00, опубл. 23.11.2000, выбранному в качестве прототипа. Это приемно-передающее оптическое устройство содержит источник излучения, плоское зеркало, размещенное под углом к оптической оси, сферический обтекатель, объектив, выполненный в виде вогнутого сферического зеркала с контр-зеркалом, снабженным экраном, ФПУ и блок приема команд и обработки информации. При этом вогнутое сферическое зеркало расположено по оптической оси от внутренней поверхности сферического обтекателя на расстоянии Δ, удовлетворяющем условию:

Δ≤F_oбт+R,

где F_обт - фокусное расстояние от внутренней поверхности обтекателя,

R - радиус кривизны вогнутого сферического зеркала.

Однако в прототипе отмечаются следующие недостатки.

Ограничены функциональные возможности устройства, так как использовать такую защиту от внутриприборных засветок можно только в том случае, если приемный объектив выполнен по зеркально-линзовой схеме.

Увеличены массо-габаритные характеристики при обеспечении защиты от бликов. Так как такие устройства предназначены для объединенной работы самостоятельных устройств (тепловой канал, видимый канал и лазерный канал), то обычно для обеспечения функционирования лазерного канала (приемно-передающего устройства) расстояние от внутренней поверхности обтекателя до объектива может достигать значительных величин, а, следовательно, для защиты от внутриприборных засветок (как описано в прототипе) необходимо увеличить радиус кривизны сферического зеркала приемного объектива, что приводит к увеличению его массогабаритных параметров, а в соответствии с требованиями, предъявляемыми к такому роду приборов, это недопустимо.

Кроме того, данное устройство не может осуществлять защиту ФПУ от сигнала, отраженного от объекта, находящегося в непосредственной близости от приемно-передающего оптического устройства.

Задачей изобретения является создание приемно-передающего устройства, обеспечивающего получение информации от объектов, находящихся в поле зрения прибора на различном расстоянии от него, при использовании собственного источника излучения.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении защиты устройства как от внутриприборных засветок, так и от излучения, отраженного от объекта, находящегося в непосредственной близости от приемно-передающего устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в приемно-передающем оптическом устройстве, содержащем лазерный излучатель (лазер), плоское зеркало, расположенное под углом к оптической оси, сферический обтекатель, объектив, ФПУ и блок приема команд и обработки информации, выполненный в виде блока цифровой обработки (БЦО), объектив выполнен в виде двух оптических звеньев, между которыми установлен аттенюатор на эффекте нарушения полного внутреннего отражения (НПВО), при этом плоское зеркало имеет осевое отверстие.

Такая конструкция устройства позволяет регулировать интенсивность светового потока, падающего на аттенюатор, обеспечивая тем самым защиту ФПУ в момент излучения лазера как от внутриприборных засветок, так и от излучения, отраженного от объекта, находящегося в непосредственной близости от приемно-передающего оптического устройства.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически изображено приемно-передающее оптическое устройство; на фиг.2 приведена временная диаграмма взаимодействия блока цифровой обработки, лазерного излучателя и аттенюатора.

Устройство включает в себя лазерный излучатель 1, плоское зеркало 2 с осевым отверстием, обтекатель 3, объектив 4-4', выполненный в виде двух оптических звеньев (коллимирующего и собирающего), между которыми размещен аттенюатор 5, представляющий собой затвор на эффекте НПВО, обеспечивающий плавную регулировку интенсивности оптического излучения, проходящего через интерференционный светофильтр 6 на ФПУ 7, и блок приема команд и обработки информации 8, подключенный одним из выходов к управляющему входу аттенюатора 5, другим - ко входу запуска лазера 1.

На фиг.2 показаны:

9 - импульс запуска лазера 1, поступающий из БЦО 8;

10 - импульс управления аттенюатором 5, поступающий из лазера 1 на БЦО 8;

11 - импульс излучения лазера 1;

12 - импульс управления аттенюатором 5, поступающий из БЦО 8 на аттенюатор 5 на время τ раньше момента появления импульса 11, при этом τ может принимать максимальное значение, равное Δ';

Δ' - программно-задаваемое время задержки импульса излучения 11 от момента появления импульса 10;

Т - время выхода затвора на эффекте НПВО на максимальный режим пропускания.

Приемно-передающее оптическое устройство работает следующим образом. Из блока БЦО 8 импульс 9 запуска лазера приходит на лазерный излучатель 1, через некоторое время лазер 1 выдает импульс 10 управления аттенюатором 5 на БЦО 8. Через промежуток времени Δ' после появления импульса 10 лазерный излучатель 1 посылает импульс излучения 11, а за время τ до этого импульс 12 управления аттенюатором 5 поступает на аттенюатор. От лазера 1 рабочий световой поток, пройдя через осевое отверстие плоского зеркала 2, обтекатель 3, попадает на цель. При этом часть рабочего светового потока отражается от сферического обтекателя 3 и в виде рассеянного отраженного пучка (внутриприборного излучения) поступает на плоское зеркало 2, отразившись от которого попадает на аттенюатор 5, имеющий в данный момент коэффициент пропускания К существенно ниже максимального значения. На границе входной призмы аттенюатора 5 и его воздушного зазора происходит отражение внутриприборного излучения, поэтому только незначительная часть его попадает на ФПУ 7. В случае прихода на аттенюатор 5 отраженного излучения от объекта, находящегося в непосредственной близости от приемно-передающего оптического устройства, непрерывно меняющийся коэффициент пропускания К не достигает максимального значения, и через уменьшающийся воздушный зазор аттенюатора 5 на ФПУ 7 попадает лишь часть излучения, отраженного от близкорасположенного лоцируемого объекта. В течение промежутка времени Т затвор переходит от закрытого состояния, характеризующегося минимальным пропусканием энергии, к открытому, при котором пропускание максимально. Сигналы с ФПУ 7 передаются в электронный блок (на чертеже не показан) и далее в блок приема команд и обработки информации (БЦО) 8.

При реализации устройства затвор на HПBО может быть выполнен в виде двух прозрачных для излучения призм, смежные грани которых образуют плоскопараллельный воздушный зазор толщиной в несколько долей микрометра. На усеченных гранях призм расположены пьезоэлектрические преобразователи типа П-3.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает высокой эффективностью, так как оно сохраняет все преимущества прототипа и исключает выход из строя ФПУ в момент излучения лазера как от внутриприборных засветок, так и от излучения, отраженного от близкорасположенных объектов наблюдения.

Устройство содержит сферический обтекатель, лазерный излучатель, плоское зеркало, расположенное под углом к оптической оси, и объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, сигнал с которого передается в блок приема команд и обработки информации, подключенный ко входу запуска лазерного излучателя. Плоское зеркало имеет осевое отверстие, через которое проходит излучение лазерного излучателя. Отраженное от плоского зеркала излучение поступает на объектив, выполненный в виде двух оптических звеньев. Между оптическими звеньями установлен аттенюатор на эффекте нарушения полного внутреннего отражения, управляющий вход которого соединен с одним из выходов блока приема команд и обработки информации, снабженного схемой управления аттенюатором по сигналу с лазерного излучателя. Технический результат - повышение защиты устройства как от внутриприборных засветок, так и от сигнала, отраженного от объекта, находящегося вблизи прибора. 2 ил.

Приемно-передающее оптическое устройство, содержащее сферический обтекатель, плоское зеркало, расположенное под углом к оптической оси, и объектив, оптически связанный с фотоприемным устройством, сигнал с которого передается в блок приема команд и обработки информации, подключенный ко входу запуска лазерного излучателя, отличающееся тем, что плоское зеркало имеет осевое отверстие, через которое проходит излучение лазерного излучателя, а отраженное от плоского зеркала излучение поступает на объектив, выполненный в виде двух оптических звеньев, между которыми установлен аттенюатор на эффекте нарушения полного внутреннего отражения, управляющий вход которого соединен с одним из выходов блока приема команд и обработки информации, снабженного схемой управления аттенюатором по сигналу с лазерного излучателя.